Transformación isobárica

Transformación isobárica

La transformación isobárica corresponde a los cambios que se producen en los gases a presión constante.

Cuando una masa de gas cambia de estado cuando la presión no cambia, el volumen y la temperatura del gas varían.

La ley que rige esta transformación es Lei de Charles e Gay-Lussac. Los científicos Jacques Alexandre Charles y Joseph Louis Gay-Lussac, a través de sus experimentos, llegaron a la conclusión de que:

«Si la presión de una masa de gas es constante, entonces la relación entre volumen y temperatura también es constante».

Proceso isobárico: entienda cómo ocurre

El prefijo Yo asi indica que la grandeza es constante. En este caso, la presión se mantiene constante al realizar una transformación.

Esto significa que si un gas sufre sucesivos cambios a presión constante, el cociente entre volumen y temperatura es el mismo.

Fórmula de transformación isobárica

Matemáticamente, en cualquier estado, la transformación isobárica se expresa mediante la fórmula:

Dónde,

V: volumen ocupado por el gas;
T: temperatura absoluta del gas;
K: constante de presión, que relaciona la masa, la presión y la naturaleza del gas.

Otra forma de interpretar la relación entre las magnitudes de la Ley de Charles y Gay-Lussac es decir que una masa de gas sometida a una transformación a presión constante tiene una variación de volumen directamente proporcional a la variación de temperatura.

Por tanto, la variación se produce de manera uniforme: si duplicamos una cantidad, la otra aumenta en la misma proporción. Asimismo, si lo cortamos por la mitad, el otro también disminuye.

En una expansión isobárica el volumen de gas aumenta, ya en el compresión isobárica hay una disminución en el volumen de gas.

Gráficos de transformación isobárica

Al relacionar las variables de volumen y temperatura, el gráfico se presenta como un segmento de línea.

Transformación isobárica: gráfico de volumen x temperatura

Si usamos el diagrama para comparar tres presiones diferentes del mismo gas, donde pa> pb> pc, la constante en la relación es inversamente proporcional a la presión y, por lo tanto, ka

A través de la gráfica con las cantidades volumen y presión es posible calcular el trabajo en la transformación isobárica.

Transformación isobárica: gráfico de presión x volumen

El área de la figura corresponde a la obra, que se puede calcular mediante:

Dónde,

W: trabajo;
p: presión constante;
: variación de volumen.

Obtenga más información sobre las transformaciones de gas.

Ejercicios sobre transformaciones isobáricas.

Pregunta 1

En una transformación isobárica, un gas que llena un recipiente de 3.0 l está inicialmente a una temperatura de 450 K. El estado final del gas indica que su temperatura ha disminuido a 300 K. ¿Cuál es el volumen del gas al final de la transformación?

a) 1,0 l
b) 2,0 l
c) 3,0 l
d) 4,0 l

Alternativa correcta: b) 2,0 l.

Los datos del gas antes de que ocurra la transformación isobárica: volumen de 3,0 ly temperatura de 450 K.

Después de la transformación a presión constante, la temperatura disminuyó a 300 K.

Para calcular el volumen final del gas, podemos relacionar las cantidades con la ley de Charles y Gay-Lussac de la siguiente manera:

Por tanto, el volumen de gas en el nuevo estado es de 2,0 l.

Pregunta 2

Un gas ha sufrido una transformación a presión constante y, como resultado, su volumen ha aumentado en un 80%. Sabiendo que en el estado inicial la masa de gas estaba en el CNTP (condiciones normales de temperatura y presión), determinar la temperatura del gas, en grados Celsius, luego de este proceso.

Dado:

a) 198,6 ºC
b) 186,4 ºC
c) 228,6 ºC
d) 218,4 ºC

Respuesta correcta: d) 218,4 ºC

Las cantidades involucradas en la transformación isobárica pueden relacionarse con la Ley de Charles y Gay-Lussac. Sustituyendo los datos del enunciado, tenemos:

Arriba, calculamos la temperatura en Kelvin, pero la pregunta pide que la respuesta se dé en grados Celsius.

Sabiendo que T (ºC) = K – 273, calculamos la temperatura en grados Celsius.

Por lo tanto, al expandir el volumen en un 80%, el gas comenzó a tener una temperatura de.

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Referencias bibliográficas

ÇENGEL, YA; BOLES, MA Termodinámica. 7ª ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.

HELOU; GUALTER; NEWTON. Temas de física, vol. 2. São Paulo: Editora Saraiva, 2007.